王一鳴,張 明

(河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 451191)

近年來，工程檢測與人工智能相結(jié)合衍生出的智能檢測技術(shù)在建筑工程、公路工程和鐵路工程領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸展開。應(yīng)用型本科院校土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后主要從事鐵路和公路工程設(shè)計、建造和維護(hù)保養(yǎng)等方面的工作，工程結(jié)構(gòu)測試是工作中的重要方面。智能檢測成為工程檢測的新技術(shù)和發(fā)展方向，高校需要對智能檢測融入土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行探索。

許多高校已開設(shè)工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和工程結(jié)構(gòu)檢測加固等傳統(tǒng)類的結(jié)構(gòu)檢測課程，授課內(nèi)容大多集中于應(yīng)變、變形、裂縫和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度測試[1]等方面，教學(xué)改革研究也集中在傳統(tǒng)的檢測類課程[2-3]。近年來，智能檢測技術(shù)逐漸得到發(fā)展，但由于缺乏智能檢測師資力量等原因，部分高校在智能檢測技術(shù)方面的課程建設(shè)和人才培養(yǎng)體系尚未建立起來。要培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、技能型的土木工程(軌道交通方向)專業(yè)人才，就必須將新興的智能檢測技術(shù)傳授給學(xué)生。因此，有必要對智能檢測融入土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行研究和評價。

一、智能檢測融入土木工程教學(xué)的必要性

(一)智能檢測是工程檢測重要的發(fā)展方向

智能檢測是涉及土木工程、物理、電子和計算機(jī)等多學(xué)科的綜合性技術(shù)。將無損檢測設(shè)備與人工智能相結(jié)合開發(fā)的智能檢測技術(shù)，可減少人對檢測結(jié)果的干擾，減少檢測所需的人工，提高工作效率，保證檢測結(jié)果的可靠性，實(shí)現(xiàn)檢測過程和結(jié)果評價的自動化與智能化。智能檢測與傳統(tǒng)檢測相比具有工作效率高、數(shù)據(jù)管理簡便等優(yōu)點(diǎn)，近年來在土木工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是工程檢測重要的發(fā)展方向。

(二)工程測試技術(shù)是土木工程專業(yè)的學(xué)生需要培養(yǎng)的重要能力

土木工程專業(yè)的學(xué)生在校學(xué)習(xí)的專業(yè)課程包括理論課和實(shí)踐課，土木工程測試技術(shù)是重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)[4]。土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的畢業(yè)生需要掌握道路、橋梁和隧道的一般技術(shù)及檢測試驗(yàn)的基本方法，需要具備常規(guī)工程測試儀器的應(yīng)用能力。工程檢測設(shè)備的使用技術(shù)是該專業(yè)學(xué)生需要學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。因此，教師需要將智能檢測融入課程教學(xué)，使學(xué)生逐步掌握該項(xiàng)技術(shù)。

(三)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式要求教學(xué)與工程實(shí)踐發(fā)展緊密結(jié)合

土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的主要特征是應(yīng)用型、技能型、產(chǎn)教融合[5]。將工程現(xiàn)場日趨廣泛應(yīng)用的智能檢測技術(shù)融入課程教學(xué)，是教學(xué)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合的重要體現(xiàn)。傳授學(xué)生智能檢測技術(shù)，學(xué)生所學(xué)技術(shù)能實(shí)際應(yīng)用到工作中，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的體現(xiàn)。學(xué)生學(xué)習(xí)掌握智能檢測設(shè)備的操作步驟和使用方法，是培養(yǎng)技能型人才的表現(xiàn)。學(xué)校與智能檢測單位合作，通過工程檢測案例現(xiàn)場教學(xué)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合。應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式要求高校將工程實(shí)踐的最新發(fā)展成果融入課程教學(xué)。

二、智能檢測融入教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建

(一)智能檢測師資培訓(xùn)

智能檢測融入專業(yè)教學(xué)，需要較強(qiáng)的專業(yè)師資力量，而目前部分教師在智能檢測方面理論水平欠佳、實(shí)操技能缺乏。師資培訓(xùn)可通過以下方面開展：選派專業(yè)教師到檢測基地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，掌握與本專業(yè)課程相關(guān)的智能檢測設(shè)備的操作流程；通過網(wǎng)絡(luò)課程、設(shè)備操作視頻等學(xué)習(xí)使用智能檢測設(shè)備；組織智能檢測師資培訓(xùn)專題技術(shù)研討會，邀請工程檢測相關(guān)高校、科研、施工和檢測單位人員，探討智能檢測技術(shù)的應(yīng)用，探索智能檢測技術(shù)進(jìn)課堂的教學(xué)模式等。

(二)智能檢測融入理論課程

智能檢測設(shè)備種類繁多，學(xué)生在有限的時間內(nèi)無法全部掌握。教師應(yīng)選取與土木工程(軌道交通方向)專業(yè)課程和將來工作內(nèi)容密切相關(guān)的幾套檢測設(shè)備，開發(fā)與教學(xué)內(nèi)容匹配的教學(xué)案例，在理論課程教學(xué)中穿插講授。融入理論課程講授的智能檢測設(shè)備見表1。

表1 融入理論課程講授的智能檢測設(shè)備

基樁低應(yīng)變檢測儀可檢測樁身完整性，判定樁身缺陷程度和位置，判斷樁端嵌固情況，在基礎(chǔ)工程課程中的樁基部分講授。

孔道灌漿密實(shí)度質(zhì)量檢測儀可檢測預(yù)應(yīng)力管道壓漿的施工質(zhì)量，在施工技術(shù)課程中的預(yù)應(yīng)力混凝土施工部分講授。

無砟軌道多功能無損檢測儀可檢測無砟軌道的裂縫、損傷和脫空等病害，與軌道交通工程概論課程結(jié)合緊密，穿插在該課程中的無砟軌道部分講授。

落球式回彈模量測試儀可測試軟黏土、砂土、碎石土、水泥穩(wěn)定土、瀝青混凝土等的回彈模量，應(yīng)用于道路路基、路面基層回彈模量的測試，在路基工程課程中講授。

預(yù)應(yīng)力混凝土梁多功能檢測儀可檢測混凝土澆筑質(zhì)量、錨下有效預(yù)應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度等，廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土梁和預(yù)應(yīng)力錨索(桿)的檢測，在橋梁工程課程的上部結(jié)構(gòu)部分講授。

隧道襯砌沖擊回波聲頻檢測儀可檢測混凝土襯砌與圍巖之間的空洞、襯砌結(jié)構(gòu)厚度、混凝土襯砌的內(nèi)部缺陷等，在隧道工程課程的襯砌結(jié)構(gòu)部分講授。

穿插在理論課程中的每個智能檢測設(shè)備教學(xué)，需要1～2個課時，簡要講解設(shè)備的檢測原理，重點(diǎn)突出設(shè)備的操作流程，通過操作視頻、現(xiàn)場照片等方式強(qiáng)化學(xué)生對操作方法的理解與掌握。

(三)智能檢測融入實(shí)踐課程

學(xué)生在理論課程中學(xué)習(xí)若干智能檢測設(shè)備的操作方法后，需要在相應(yīng)的實(shí)踐課程中對該設(shè)備進(jìn)行實(shí)操練習(xí)，以提高設(shè)備實(shí)操能力。因此，將智能檢測融入實(shí)踐課程顯得尤為重要。

土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是將智能檢測融入其中的重要實(shí)踐課程。在該課程中，學(xué)生實(shí)際操作預(yù)應(yīng)力混凝土梁多功能檢測儀、落球式回彈模量測試儀等設(shè)備，對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，提高設(shè)備操作能力。

將智能檢測作為學(xué)生畢業(yè)論文選題的一個方向，能夠使學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)該技術(shù)，從而將智能檢測技術(shù)的掌握提升到新的高度。如土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的一位畢業(yè)生以“智能無損檢測技術(shù)在道路路基工程中的應(yīng)用”作為畢業(yè)論文選題，經(jīng)過教師指導(dǎo)，對落球式回彈模量測試儀的檢測原理、使用方法和數(shù)據(jù)處理能夠熟練掌握。

在頂崗實(shí)習(xí)過程中，學(xué)生在工程實(shí)習(xí)現(xiàn)場可以實(shí)際操作智能檢測設(shè)備，對智能檢測在工程中的應(yīng)用有更深入的理解。

(四)智能檢測教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合

智能檢測教學(xué)結(jié)合工程實(shí)踐包括三個方面：學(xué)生現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、頂崗實(shí)踐。

在理論課程講授智能檢測設(shè)備之后，本專業(yè)教師帶領(lǐng)土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的學(xué)生到相關(guān)檢測項(xiàng)目的工程現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)，如參觀學(xué)習(xí)套筒灌漿密實(shí)度檢測。工程檢測企業(yè)選派富有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員現(xiàn)場給學(xué)生講解檢測方法，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，比如現(xiàn)場指導(dǎo)路基回彈模量檢測。之后，學(xué)生參與企業(yè)的工程檢測項(xiàng)目，親自操作檢測儀器，記錄并分析數(shù)據(jù)，在頂崗實(shí)踐中鞏固所學(xué)的智能檢測知識。

智能檢測教學(xué)在參觀學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)和頂崗實(shí)踐三個方面與工程實(shí)踐相結(jié)合，能讓學(xué)生加深對智能檢測知識的理解、掌握工程實(shí)踐中智能檢測的應(yīng)用技術(shù)，取得良好的教學(xué)效果。

三、智能檢測融入教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式評價

(一)模糊綜合評價

1.建立因素集

因素集是智能檢測融入土木工程教學(xué)人才培養(yǎng)模式應(yīng)用效果影響因素的一個集合。依據(jù)對該人才培養(yǎng)模式的建構(gòu)，確定影響因素，進(jìn)而建立因素集為u={u1、u2、u3、u4}，見表2。

表2 因素集

2.建立評價集

根據(jù)對該人才培養(yǎng)模式的分析，建立該模式應(yīng)用效果的評價集V={v1、v2、v3、v4}，見表3。

表3 評價集

3.建立模糊評價矩陣

選取土木工程學(xué)院理論教師、實(shí)驗(yàn)教師、學(xué)生管理教師和土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的學(xué)生共計20名，對該人才培養(yǎng)模式的四個影響因素的應(yīng)用效果分別進(jìn)行評價。單因素評價結(jié)果統(tǒng)計見表4。

表4 單因素評價結(jié)果

表4中，第i行第j列的數(shù)字表示：在選取的20名評價人員中，認(rèn)為因素ui作用會導(dǎo)致該人才培養(yǎng)模式應(yīng)用效果為vj的人數(shù)。如第1行第2列的數(shù)字5表示：在20個評價人員中，有5人認(rèn)為，智能檢測師資培訓(xùn)(u1)會導(dǎo)致該人才培養(yǎng)模式的應(yīng)用效果是“中”(v2)。在表4的基礎(chǔ)上，計算第i行第j列表示的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例，得到隸屬度，確定模糊評價矩陣R為

(1)

4.建立因素權(quán)重集

為了反映以上四個影響因素在應(yīng)用效果評價目標(biāo)中不同的地位和作用，需建立因素權(quán)重集，采用層次分析法確定各因素權(quán)重。

對因素權(quán)重集中各因素兩兩比較，建立判斷矩陣C為

C={cij}，

(2)

其中，cij表示因素i和因素j相對于評價目標(biāo)的重要程度。cij采用常用的“1～9標(biāo)度法”[6]確定。根據(jù)影響該人才培養(yǎng)模式應(yīng)用效果各因素的相對重要性程度，構(gòu)造判斷矩陣為

(3)

求出矩陣C的最大特征值ymax和其相應(yīng)的特征向量A，即CA=ymaxA，則A的分量即為相應(yīng)n個因素的權(quán)重。經(jīng)檢驗(yàn)，滿足一致性要求[7]。求得的權(quán)重集為

A′=(0.07,0.36,0.36,0.2)。

5.模糊綜合評價

進(jìn)行模糊變換B=A×R，歸一化處理后，使其滿足∑bi=1，得到評價結(jié)果集B′為

B′=(0.050,0.149,0.365,0.436)。

根據(jù)最大隸屬度原則，將B′元素中最大者確定為評價結(jié)果分級。經(jīng)過模糊綜合評價，智能檢測融入土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的應(yīng)用效果為“優(yōu)”。

(二)學(xué)生反饋評價

在智能檢測融入課程教學(xué)后對學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，對土木工程(軌道交通方向)專業(yè)的60位同學(xué)發(fā)放調(diào)查問卷，回收有效問卷60份，部分統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表5 調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(部分)

由問卷調(diào)查結(jié)果可知，大部分同學(xué)肯定了智能檢測融入課程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，認(rèn)為該培養(yǎng)模式緊密結(jié)合工程實(shí)踐，提高了學(xué)習(xí)興趣，拓展了知識面，增強(qiáng)了實(shí)踐能力，學(xué)習(xí)效果良好。

四、結(jié)論

智能檢測技術(shù)在土木工程(軌道交通方向)中的應(yīng)用日趨廣泛，是一種具有廣闊發(fā)展前景的工程檢測方式。培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型土木工程專業(yè)人才，需要傳授學(xué)生智能檢測技術(shù)。智能檢測融入土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式構(gòu)建包含四個方面：智能檢測師資培訓(xùn)、智能檢測融入理論課程、智能檢測融入實(shí)踐課程、智能檢測教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合。采用模糊綜合評價和學(xué)生反饋評價兩種方式，對智能檢測融入土木工程教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式應(yīng)用效果進(jìn)行評判。結(jié)果表明，該模式緊密結(jié)合工程實(shí)踐，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，實(shí)施效果良好。